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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft hochfeste warmgewalzte Stahlbleche
mit ausgezeichneten Reckalterungseigenschaften. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung ein hochfestes warmgewalztes Stahlblech
mit einer TS (Zugfestigkeit) von 440 MPa oder mehr und ein Verfahren
zur Herstellung desselben. Das hochfeste warmgewalzte Stahlblech
wird hauptsächlich
für Kraftfahrzeuge
als ein dünnes
warmgewalztes Stahlblech mit hoher Verarbeitbarkeit verwendet. Außerdem wird
das hochfeste warmgewalzte Stahlblech als ein Ersatz für ein dünnes kaltgewalztes
Stahlblech mit einer Dicke von ungefähr 4,0 mm oder weniger und
welches eingesetzt wurde, weil es schwierig war, ein Stahlblech
mit solch einer dünnen
Dicke durch Warmwalzen herzustellen, benutzt. Das Anwendungsgebiet
des Stahlblechs gemäß der vorliegenden
Erfindung erstreckt sich über
einen großen
Bereich von Nutzungen für
relativ leichte Verarbeitung, wie beispielsweise geringes Biegen
und Formen von Rohren durch Profilwalzen bis hin zu schwerer Verarbeitbarkeit,
wie beispielsweise Ziehen durch eine Presse.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft nicht nur warmgewalzte Stahlbleche,
sondern auch galvanisierte und feuerverzinkte Stahlbleche, welche
das warmgewalzte Stahlblech als Ausgangsplatte verwenden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bedeutet "mit ausgezeichneter Reckalterungseigenschaft", dass die folgenden
Eigenschaften vorhanden sind;
- 1) wenn ein Stahlblech
einer Vorverformung mit einer Zugverformung (tensile strain) von
5% und dann einer Alterungsbehandlung durch Halten des Stahlblechs
für 20
Minuten bei 170°C
unterworfen wird, dann ist die Erhöhung des Umform-Widerstands (deformation
stress) vor und nach der Alterungsbehandlung (nachfolgend bezeichnet
als BH; BH = Fließspannung
nach Alterungsbehandlung – Vorumform-Widerstand
bevor Alterungsbehandlung) 100 MPa oder mehr; und
- 2) eine Erhöhung
der Zugfestigkeit vor und nach Reckalterungsbehandlung (die Vorverformung
+ Alterungsbehandlung) (nachfolgend bezeichnet als ΔTS; ΔTS = Zugfestigkeit
nach Alterungsbehandlung – Zugfestigkeit
bevor Vorverformung) 50 MPa oder mehr.
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Stand der
Technik
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Eine
Vielzahl von dünnen
Stahlblechen werden als Materialien für Kraftfahrzeugkarosserien
verwendet. Kaltgewalzte Stahlbleche wurden für Anwendungen verwendet, welche
ausgezeichnete Formbarkeit verlangten. Aufgrund der Anpassung der
Stahlzusammensetzung (chemische Bestandteile) und Optimierung der Warmwalzbedingungen
wurde es jedoch möglich,
warmgewalzte Stahlbleche mit hoher Formbarkeit (hoher Verarbeitbarkeit)
herzustellen und deshalb werden die warmgewalzten Stahlbleche zunehmend
als Materialien für
Kraftfahrzeugkarosserien verwendet.
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Um
hinsichtlich der globalen Umweltverträglichkeit die Abgasbestimmungen
zu erfüllen,
ist die Verringerung des Gewichts der Kraftfahrzeugkarosserie sehr
wichtig. Um das Gewicht der Kraftfahrzeugkarosserie zu verringern,
ist es wirksam, die Zugfestigkeit von Stahlblechen zu erhöhen und
die Dicke der Stahlbleche zu verringern. Kraftfahrzeugbauteile,
für welche
höhere
Zugfestigkeit und dünnere
Stahlbleche verwendet werden, müssen
unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die erforderlichen Eigenschaften
enthalten beispielsweise: statische Festigkeit gegenüber Biegung
und Torsionsverformung, Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit.
Deshalb müssen
die für
Kraftfahrzeugbauteile verwendeten hochfesten Stahlbleche solche
Eigenschaften aufweisen, nachdem Umformen und Verarbeiten durchgeführt worden
ist.
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Andererseits
wird Pressformen an Stahlblechen durchgeführt, wenn die Kraftfahrzeugbauteile
hergestellt werden. Zu hohe Festigkeit der Stahlbleche führt zu Problemen,
wie beispielsweise Verschlechterung der Formgenauigkeit und Defekte,
wie beispielsweise Risse und Einschnürungen, die aufgrund der verringerten Duktilität verursacht
werden. Solche Probleme haben die Verbreitung der Anwendung von
hochfesten Stahlblechen für
Kraftfahrzeugbauteile verhindert.
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Um
diese oben beschriebenen Probleme zu überwinden, wie beispielsweise
hinsichtlich der kaltgewalzten Stahlbleche für äußere Blenden, ist ein Stahlblechherstellungsverfahren
bekannt, bei welchem Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoff als ein
Ausgangsmaterial benutzt wird und die C-Menge, die letztendlich
in dem aufgelösten
Zustand verbleibt, wird innerhalb eines geeigneten Bereichs beschränkt. Bei
diesem Verfahren wird ein Reckalterungsphänomen verwendet, welches bei
einem Paint-Baking-Schritt, durchge führt bei 170°C·ungefähr 20 Minuten nach Pressformen
eintritt. Formgenauigkeit und Duktilität werden während der Umformung durch Beibehalten
der Weichheit gesichert und der Einbeulungswiderstand wird nach
der Umformung durch eine Erhöhung
der YS (Fließspannung)
aufgrund der Reckalterung gesichert. Um Fließfiguren, die zu Oberflächendefekten
führen
zu verhindern, kann bei diesem Verfahren jedoch eine Menge der Erhöhung von
YS nicht ausreichend erhöht
werden, und da ΔTS
nur in der Größenordnung
von mehreren MPa ist, kann die Dicke des Stahlblechs nicht ausreichend
verringert werden.
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Bei
Anwendungen, bei welchen die Erscheinung kein allzu großes Problem
ist, wurde andererseits ein Stahlblech, bei welchem die Bake-Härtungsmenge
weiterhin durch Nutzung von aufgelösten N erhöht wurde (japanische geprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnummer
7-30408) und ein Stahlblech, bei welchem die Bake-Härtbarkeit
weiterhin durch Nutzung einer Zweiphasen-Struktur bestehend aus
Ferrit und Martensit verbessert wurde, (japanische geprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnummer
8-23048) offenbart.
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Bei
solchen Stahlblechen ist es jedoch nicht möglich, die TS (Zugfestigkeit)
zu erhöhen,
obwohl eine höhere
Bake-Härtungsmenge
aufgrund der Erhöhung
von YS (Fließspannung)
zu einem bestimmten Maß nach
Paint-Baking erzielt werden kann, und keine große Verbesserung der Dauerfestigkeit
und Schlagbiegefestigkeit nach Umformen ist erwartet. Deshalb können die
Stahlbleche nicht für
Bauteile benutzt werden, für welche
Dauerfestigkeit, Schlagbiegefestigkeit, etc. erforderlich ist, was
nachteilig ist. Da die Menge der Zunahme der Fließspannung
YS unstabil ist, ist es nicht möglich,
die Dicke der Stahlbleche auf solch eine Art und Weise zu verringern,
um zur Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeugbauteile beizutragen,
was ebenfalls nachteilig ist.
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Wenn
ein dünnes
Stahlblech mit einer Dicke von 2,0 mm oder weniger hergestellt wird,
ist es außerdem
sehr schwierig das Stahlblech zu Pressformen, da die Form des Stahlblechs
während
des Warmwalzprozesses ungeeignet wird.
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Die
EP 1 028 167 A2 gehört zu dem
Stand der Technik gemäß Artikel
54 (3) EPÜ.
Dieser offenbart Stahlbleche mit einem N/Al-Verhältnis von 0,3 oder höher und
einen Al-Anteil
von 0,030% oder höher.
Diese Beispiele stellen jedoch keine zufrieden stellende Reckalterungseigenschaft
bereit. Auch die
JP 60145355 offenbart
Stahlbleche mit nicht zufrieden stellenden Reckalterungseigenschaften.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochfestes warmgewalztes
Stahlblech mit ausgezeichneten Reckalterungseigenschaften bereitzustellen,
welches die Beschränkungen
der oben beschriebenen konventionellen Techniken überwindet,
welches hohe Formbarkeit und stabile Qualitätseigenschaften hat und bei
welchem zufrieden stellende Festigkeit erhalten wird, wenn das Stahlblech
zu einem Kraftfahrzeugbauteil umgeformt wird, wodurch ein großer Beitrag
zur Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeugkarosserie geleistet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur industriellen Herstellung solch eines Stahlblechs bei niedrigen
Kosten und ohne Beeinträchtigung
der Form davon bereitzustellen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, haben die gegenwärtigen Erfinder
unterschiedliche Stahlbleche durch Verändern der Zusammensetzung und
Herstellungsverfahren hergestellt und haben eine Vielzahl von Materialauswertungsversuchen
durchgeführt.
Als ein Ergebnis hat man herausgefunden, dass eine Verbesserung
der Formbarkeit und eine Zunahme der Festigkeit nach Umformen auf
einfache Weise miteinander verbindbar sind, indem N als ein Verfestigungselement
benutzt wird, welches in dem Gebiet, in welchem hohe Verarbeitbarkeit
erforderlich ist, nicht vorteilhaft verwendet wurde, und in dem
ein hohes Reckalterungsphänomen
erhalten durch die Wirkung von N als ein Verfestigungselement wirksam
benutzt wird. Um das Reckalterungsphänomen durch N wirksam zu verwenden,
muss das Reckalterungsphänomen
wirksam mit den Paint-Baking-Bedingungen für Kraftfahrzeuge und Wärmebehandlungsbedingungen
nach Umformen kombiniert werden. Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden,
dass es wirksam ist, das Mikrogefüge und die Menge an gelöstem N in
einem Stahlblech innerhalb vorbestimmten Bereichen durch Optimieren
der Warmwalzbedingungen einzustellen. Es wurde auch herausgefunden,
dass es besonders wichtig ist, die Menge an Al gemäß dem N-Anteil
hinsichtlich der Zusammensetzung zu kontrollieren, um das Reckalterungsphänomen durch
N stabil zu erzeugen.
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Es
ist somit möglich,
ein Stahlblech (Stahlblech der vorliegenden Erfindung) mit signifikant
verbesserter Formbarkeit und Reckalterungseigenschaften im Vergleich
zu einem konventionellen fest lösungsverfestigten
C-Mn-Stahlblechtyp und einem durch Ausfällungen verfestigten Stahlblech
(konventionelle Stahlbleche) zu erhalten, indem N als ein Verfestigungselement
benutzt wird, der Anteil an Al, welches ein Schlüsselelement ist, in einem geeigneten
Bereich festgelegt wird und indem die Warmwalzbedingungen auf geeignete
Art und Weise festgelegt werden, so dass das Mikrogefüge und der
gelöste
N optimiert werden.
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Um
die Bake-Härtbarkeit
auszuwerten, wird generell ein Zugversuch durchgeführt. Da
eine große
Variation der Festigkeit eingetroffen war, wenn die konventionellen
Stahlbleche einer plastischen Verformung unter den tatsächlichen
Pressbedingungen unterworfen wurden, konnten die konventionellen
Stahlbleche nicht für
Bauteile verwendet werden, für
welche eine hohe Zuverlässigkeit
erforderlich war, auch wenn die konventionellen Stahlbleche bei
der Auswertung eine erwünschte
Bake-Härtbarkeit
bei dem Zugversuch zeigten. Im Gegensatz dazu sind die Variationen
der Festigkeit gering, wenn das Stahlblech der vorliegenden Erfindung einer
plastischen Verformung unter den tatsächlichen Pressbedingungen unterworfen
wird. Außerdem
hat das Stahlblech gemäß der vorliegenden
Erfindung eine höhere
Auswertung der Bake-Härtbarkeit
gemäß dem Zugversuch
im Vergleich zu den konventionellen Stahlblechen. Man hat herausgefunden,
dass stabile Komponentenfestigkeitseigenschaften durch Verwendung
der Stahlbleche gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt werden.
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Das
für Kraftfahrzeugkarosserien
verwendete dünne
warmgewalzte Stahlblech muss eine sehr hohe Formgenauigkeit und
Größe aufweisen.
Man hat herausgefunden, dass die Formgenauigkeit und Dimension durch
Einsetzen eines kontinuierlichen Walzverfahrens sehr verbessert
wurden, welches seit kurzem in der Praxis bei dem Warmwalzverfahren
zum Herstellen der Stahlbleche gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt wurde. Außerdem
hat man herausgefunden, dass die Variationen der Materialeigenschaften
durch Teilerwärmung
oder Abkühlung
des gewalzten Materials sehr verringert werden konnten, so dass
die Temperaturprofile in Breitenrichtung und in Längsrichtung
einheitlich werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde auf Basis der oben beschriebenen Entdeckungen
erzielt und ist wie folgt zusammengefasst. Die obigen Aufgaben werden
durch ein Stahlblech, wie in Anspruch 1 angegeben, erzielt. Bevorzugte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Produkts
sind in den abhängigen
Produktansprüchen
angegeben. Außerdem
wird ein Verfahren, wie in Anspruch 4 angegeben, bereitgestellt,
um die Aufgaben zu lösen.
Bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben.
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Beste Art
und Weise zum Ausführen
der Erfindung
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Zuerst
wird die chemische Zusammensetzung des Stahls gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Der Anteil (%) von jedem Bestandteil ist
als Massenprozent angegeben.
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C: 0,005% bis 0,15%
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C
ist ein Element, welches die Festigkeit der Stahlbleche erhöht, und
um die erwünschte
Festigkeit zu gewährleisten,
ist der C-Anteil auf 0,005% oder mehr festgelegt. Der C-Anteil ist
auch deshalb vorzugsweise auf 0,005% oder mehr festgelegt, um die
Kornvergröberung
zu unterdrücken.
Wenn der C-Anteil 0,15% überschreitet,
entstehen die folgenden Probleme. (1) Die Formbarkeit wird verschlechtert,
da der Anteil an Carbiden in dem Stahl übermäßig wird und die Duktilität des Stahlblechs
wird sehr verschlechtert. (2) Punktschweißbarkeit oder Lichtbogenschweißbarkeit
werden sehr verschlechtert. (3) Hinsichtlich des Warmwalzens eines Stahlblechs
mit einer großen
Breite und einer geringen Dicke erhöht sich der Verformungswiderstand
unterhalb des niedrigen Austenit-Temperaturbereichs
sehr und die Walzkraft erhöht
sich schlagartig, was zu Schwierigkeiten beim Walzen führt. Deshalb
wird der C-Anteil auf 0,15% oder weniger festgelegt. Im Hinblick auf
die Verbesserung der Formbarkeit ist der C-Anteil vorzugsweise 0,08%
oder weniger und bei Anwendungen, für welche eine gute Duktilität von besonderer
Bedeutung ist, ist der C-Anteil besonders bevorzugt 0,05% oder weniger.
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Hinsichtlich
eines Stahlblechs gemäß der vorliegenden
Erfindung enthaltend insgesamt 0,1 % oder weniger von wenigstens
einem oder mehreren von 0,02% bis 0,1 % an Nb und mehr als 0,02%
bis 0,1% an V, dann ist der C-Anteil vorzugsweise auf 0,03% bis
0,01 % festgelegt. C ist ein Element, welches die Festigkeit von
Stahlblechen erhöht
und die erwünschte
Festigkeit durch Bildung von Carbonitriden mit Nb und V (Ausfällungen)
gewährleistet,
und somit ist der C-Anteil vorzugsweise auf 0,03% oder mehr festgelegt.
Um Kornvergröberung
zu unterdrücken,
ist der C-Anteil vorzugsweise auch auf 0,03% oder mehr festgelegt.
Wie nachfolgend beschrieben wird, müssen anderseits die Carbonitride,
nachdem Warmwalzen beendet ist, in der Niedrigtemperatur-Ferrit-Phase
ausgefällt
werden, um somit Carbonitride von Nb und V fein auszufällen. Wenn
der C-Anteil bei diesem Zustand 0,01 % überschreitet, so werden grobe
Carbonitride während
des Warmwalzens geformt, was zu einer Verringerung der Festigkeit
des Stahlblechs führt.
Deshalb ist der C-Anteil auf 0,1 % oder weniger festgelegt.
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Si: 2,0% oder weniger
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Si
ist ein wirksames Element, welches die Festigkeit von Stahlblechen
erhöht,
ohne die Duktilität
des Stahls sehr zu verringern. Da Si anderseits die Ar3-Umwandlungstemperatur
sehr erhöht,
neigt eine große Menge
der Ferritphase dazu, sich während
des Endwalzens zu bilden. Si beeinflusst die Stahlbleche auch nachteilig,
beispielsweise durch Verschlechterung der Oberflächeneigenschaften und der glänzenden
Oberfläche.
Um den festigkeitserhöhenden
Effekt signifikant zu erhalten, ist der Si-Anteil vorzugsweise bei
0,1 % oder mehr festgelegt. Wenn der Si-Anteil 2,0% oder weniger
ist, ist es möglich,
eine große
Erhöhung
der Umwandlungstemperatur durch Einstellen der Menge an Mn, welches
zu dem Stahl in Kombination mit Si hinzugefügt wird, zu hemmen und zufrieden
stellende Oberflächeneigenschaften
werden ebenfalls gewährleistet.
Deshalb wird der Si-Anteil auf 2,0% oder weniger festgelegt. Um
eine hohe Duktilität
mit einem TS von mehr als 500 MPa zu gewährleisten, ist der Si-Anteil
hinsichtlich der Balance zwischen Festigkeit und Duktilität vorzugsweise
auf 0,3% oder mehr festgelegt.
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Mn: 0,2% bis 3,0%
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Mn
verringert die Ar3-Umwandlungstemperatur
und es ist möglich,
dass Mn die Wirkung von Si zum Erhöhen der Umwandlungstemperatur
entgegenwirkt. Mn ist ein Element, welches zum Verhindern von Warmversprödung aufgrund
von S wirksam ist, und um Warmversprödung zu verhindern, wird Mn
vorzugsweise gemäß der Menge
an S hinzugefügt.
Da Mn einen Kornverfeinerungseffekt hat, ist es erwünscht, dass
Mn aktiv hinzugefügt
wird, so dass Mn zum Verbessern der Materialeigenschaften verwendet
wird. Hinsichtlich der stabilen Fixierung von S wird der Mn-Anteil
auf ungefähr
0,2% oder mehr festgelegt, und um die Festigkeitserfordernisse der
TS 500 MPa-Kategorie zu sichern, wird der Mn-Anteil vorzugsweise
auf 1,2% oder mehr und besonders bevorzugten auf 1,5% oder mehr
festgelegt. Durch Erhöhen
des Mn-Anteils auf solch ein Niveau werden Variationen der mechanischen
Eigenschaften und der Reckalterungseigenschaft der Stahlbleche hinsichtlich
der Veränderung
der Wärmebehandlungsbedingungen
reduziert und ist somit wirksam zum Stabilisieren der Qualität.
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Wenn
der Mn-Anteil jedoch 3,0% überschreitet,
treten die folgenden Probleme auf. (1) Obwohl detaillierte Mechanismen
unbekannt sind, neigt sich der Verformungswiderstand bei erhöhten Temperaturen
des Stahlblechs zu erhöhen.
(2) Schweißbarkeit
und Form barkeit in der Schweißzone
neigen dazu verschlechtert zu werden. (3) Da die Erzeugung von Ferrit
sehr unterdrückt
wird, verschlechtert sich die Duktilität. Deshalb ist der Mn-Anteil
auf 3,0% oder weniger beschränkt.
Bei Anwendungen, welche bessere Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit erfordern,
ist der Mn-Anteil vorzugsweise auf 2,5% oder weniger festgelegt.
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Im
Hinblick auf ein Produkt mit besonders geringer Dicke ist es wichtig,
die Wirkung von Mn zum Verringern der Umwandlungstemperatur und
die Wirkung von Si zum Erhöhen
der Umwandlungstemperatur noch strenger zu balancieren, weil die
Qualität
und Form sehr durch die Variation der Umwandlungstemperatur geändert werden.
Unter solch einem Gesichtspunkt ist das Verhältnis Mn/Si (Verhältnis zwischen
Mn-Anteil und Si-Anteil) bei dem Stahlblech, welches für Kraftfahrzeugbauteile
mit einer Dicke von ungefähr
4,0 mm oder weniger benutzt wird, vorzugsweise auf 3 oder mehr festgelegt.
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Hinsichtlich
eines Stahlblechs gemäß der vorliegenden
Erfindung enthaltend insgesamt 0,1% oder weniger von wenigstens
einem oder mehrere von 0,02% bis 0,1% an Nb und mehr als 0,02% bis
0,1 % an V ist der Mn-Anteil vorzugsweise auf 1,0 bis 3,0% festgelegt.
Wenn der Mn-Anteil weniger als 1,0% ist, dann erhöht sich
die Ar3-Umwandlungstemperatur und Carbonitride
werden erstaunlicherweise in der Hochtemperatur-Ferritphase geformt,
und da sich die Carbonitride vergröbern, wird des schwierig, eine
erwünschte
Festigkeit zu gewährleisten.
Der Mn-Anteil muss deshalb auf 1,0% oder mehr festgelegt werden.
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P: 0,08% oder weniger
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Obwohl
P als ein Festlösungs-Verfestigungselement
effektiv ist, wird der Stahl versprödet und die Stretch-Bördeleigenschaft
des Stahlblechs verschlechtert, wenn der P-Anteil übermäßig ist.
P neigt auch dazu, sich in dem Stahl abzusondern, was zu Versprödung in
der Schweißzone
führt.
Deshalb ist der P-Anteil auf 0,08% oder weniger festgelegt. Wenn
die Stretch-Bördeleigenschaft
und Zähigkeit
der Schweißzone
als besonders wichtig erachtet werden, dann ist der P-Anteil vorzugsweise
auf 0,04% oder weniger festgelegt.
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S: 0,02% oder weniger
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S
ist ein Element, welches als ein Einschluss vorhanden ist und verschlechtert
die Duktilität
des Stahlblechs und verschlechtert auch die Korrosionsbeständigkeit.
Deshalb ist der S-Anteil auf 0,02% oder weniger beschränkt. Bei
Anwendungen, welche eine besonders gute Verarbeitbarkeit erfordern,
ist der S-Anteil vorzugsweise auf 0,015% festgelegt. Wenn das erwünschte Niveau
der Stretch-Bördeleigenschaft,
die sehr von der S-Menge beeinflusst wird, hoch ist, wird der S-Anteil
vorzugsweise auf 0,008% oder weniger festgelegt. Obwohl die detaillierten
Mechanismen unbekannt sind, neigt die Reckalterungseigenschaft des
warmgewalzten Stahlblechs dazu, sich bei einem höheren Niveau zu stabilisieren,
wenn der S-Anteil auf 0,008% oder weniger festgelegt wird. Aus diesem
Grund ist der S-Anteil ebenfalls vorzugsweise 0,008% oder weniger.
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Al: 0,001 % bis 0,02%
oder weniger
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Al
wird dem Stahl als ein Desoxidationsmittel hinzugefügt, welches
zum Verbessern der Reinheit des Stahls effektiv ist und Al wird
vorzugsweise auch zu dem Stahl hinzugefügt, um eine Gefügeverfeinerung
zu erzielen. Wenn der Al-Anteil jedoch übermäßig ist, treten die folgenden
Probleme auf. (1) Die Oberflächeneigenschaften
der Stahlbleche werden verschlechtert. (2) Die Menge an gelöstem N,
welche bei der vorliegenden Erfindung wichtig ist, wird verringert.
(3) Auch wenn gelöster
N gewährleistet
ist, erhöhen
sich Variationen der Reckalterungseigenschaft aufgrund der Veränderung
der Produktionsbedingungen, wenn der Al-Anteil 0,02% überschreitet.
Deshalb ist der Al-Anteil auf 0,02% oder weniger festgelegt. Hinsichtlich
der Materialstabilität
ist der Al-Anteil vorzugsweise auf 0,001 % bis 0,016% festgelegt.
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N: 0,0050% bis 0,0250%
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N
ist der wichtigste Bestandteil bei der vorliegenden Erfindung. Durch
Hinzufügung
von einer geeigneten Menge an N zum Kontrollieren der Produktionsbedingungen
ist es möglich,
eine notwendige und ausreichende Menge an N in dem gelösten Zustand
in dem Ausgangsblech (warmgewalzt) zu sichern. Dadurch wird der
Effekt von Erhöhung
der Festigkeit (YS, TS) aufgrund der Festlösungsverfestigung und Reckalterung zufrieden
stellend erzeugt, und es ist möglich,
die mechanischen Eigenschaftsbedingungen des Stahlblechs der vorliegenden
Erfindung, d. h. TS von 440 MPa oder mehr, BH von 100 MPa oder mehr
und ΔTS
von 50 MPa oder mehr stabil zu erfüllen. N verringert auch die
Ar3-Umwandlungstemperatur. Da es möglich ist,
ein dünnes
Stahlblech, dessen Temperatur auf einfache Weise während des
Warmwalzens verringert werden kann, davon abzuhalten, bei einer
Temperatur geringer als die Ar3-Umwandlungstemperatur
zu walzen, ist N wirksam, um die Verarbeitung zu stabilisieren.
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Wenn
der N-Anteil weniger als 0,0050% ist, ist es nicht möglich, den
Festigkeits-Erhöhungseffekt
zu erhalten. Wenn andererseits der N-Anteil 0,0250% überschreitet,
erhöht
sich die Rate an inneren Defekten in dem Stahlblech und auch Brammen-Rissbildung
während
des Stranggießens,
etc. tritt häufig
auf. Deshalb ist der N-Anteil auf 0,0050% bis 0,0250% festgelegt.
Hinsichtlich der Materialstabilität und Verbesserungen der Ausstoßrate hinsichtlich
des gesamten Herstellungsprozesses ist der N-Anteil vorzugsweise
auf 0,0070% bis 0,0170% festgelegt. Wenn der N-Anteil in dem Bereich
der vorliegenden Erfindung festgelegt ist, entstehen keine nachteiligen
Effekte hinsichtlich der Schweißbarkeit.
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Auch
wenn N hinzugefügt
wird, entsteht im Wesentlichen keine Erhöhung des Verformungswiderstandes
bei erhöhten
Temperaturen während
der Herstellung von Stahlblechen, wenn der N-Anteil in dem Bereich der
vorliegenden Erfindung ist. Man hat herausgefunden, dass die Nutzung
von Verfestigung mittels N sehr vorteilhaft für die Herstellung von hochfesten,
dünnen,
warmgewalzten Stahlblechen ist.
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N in dem aufgelösten Zustand:
0,0010% oder mehr
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Um
eine ausreichende Festigkeit in dem Ausgangsblech zu gewährleisten
und um eine zufrieden stellende Reckalterungseigenschaft aufgrund
von N zu erhalten, d. h. um BH auf 100 MPa oder mehr und ΔTS auf 50
MPa oder mehr festzulegen, muss 0,0010% oder mehr an N in dem aufgelösten Zustand
(nachfolgend bezeichnet als „aufgelöster N") in dem Stahl vorhanden
sein. Die Menge an aufgelöstem
N wird durch Subtrahieren der Menge an ausgefälltem N von der Gesamtmenge
an N in dem Stahl erhalten. Als ein Verfahren zum Extrahieren von
ausgefälltem
N, d. h. als ein Verfahren zum Auflösen von Ferrit, können eine
Säurehydrolyse, Halogenverfahren
oder ein elektrolytisches Verfahren benutzt werden. Als ein Ergebnis
von Vergleichsstudien unter diesen Verfahren zum Auflösen von
Ferrit haben die gegenwärtigen
Erfinder herausgefunden, dass das elektrolytische Verfahren am besten
ist. Bei dem elektrolytischen Verfahren kann nur Ferrit stabil aufgelöst werden,
ohne unstabile Ausfällungen
wie beispielsweise Carbide und Nitride signifikant abzubauen. Bei
der vorliegenden Erfindung wird somit ausgefällter N durch aufgelösten Ferrit
unter Verwendung des elektrolytischen Verfahrens extrahiert. Als
eine elektrolytische Lösung
wird eine Acetylaceton-basierende Lösung benutzt und Elektrolyse
wird bei Gleichspannung durchgeführt.
Der bei dem elektrolytischen Verfahren extrahierte Rest wird chemisch
analysiert, um die N-Menge in dem Rest festzustellen, welche als
die Menge an ausgefälltem N
definiert ist.
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Um
hohe BH und ΔTS
zu erzielen, ist außerdem
die Menge an aufgelöstem
N vorzugsweise auf 0,0020% oder mehr festgelegt und um noch höhere BH-
und ΔTS
bereitzustellen, ist die Menge an aufgelöstem N vorzugsweise auf 0,0030%
oder mehr festgelegt.
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N/Al (Verhältnis zwischen
der N-Menge und der Al-Menge): 0,3 oder mehr
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Wie
oben beschrieben muss die Menge an Al, welches ein Element zum starken
Fixieren von N ist, auf 0,02% oder weniger beschränkt werden,
um 0,0010% oder mehr an aufgelöstem
N stabil, ohne dass es durch die Herstellungsbedingungen beeinflusst
wird, beizubehalten. Als ein Ergebnis der Suche nach den Bedingungen,
bei welchen die Menge an aufgelöstem
N nach dem Warmwalzen 0,0010% oder mehr hinsichtlich der Stähle ist,
bei welchen die Kombination der N-Menge und der Al-Menge, die innerhalb
des Zusammensetzungsbereichs der vorliegenden Erfindung geändert wird,
hat man herausgefunden, dass das Verhältnis N/Al 0,3 oder mehr sein
muss. Außerdem
müssen
die Abkühlungsbedingungen
und die Aufwickeltemperaturbedingungen nach dem Endwalzen in den
Bereichen wie nachfolgend beschrieben festgelegt werden. Deshalb
ist die Al-Menge auf N/0,3 oder weniger festgelegt.
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Gruppe a: insgesamt 1,0%
oder weniger von wenigstens einem von Cu, Ni, Cr und Mo
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Da
alle der Elemente Cu, Ni, Cr und Mo in Gruppe a zu einer Erhöhung der
Festigkeit der Stahlbleche beitragen, können diese allein oder in Kombination
hinzugefügt
werden. Wenn jedoch eine übermäßige Menge hinzugefügt wird,
wird der Verformungswiderstand bei erhöhten Temperaturen erhöht, die
chemischen Umwandlungseigenschaften und Oberflächenbehandlungseigenschaften
im weitesten Sinne verschlechtert, Formbarkeit in der Schweißzone aufgrund
der Härtung
der Schweißzone
verschlechtert usw.. Deshalb ist die Gesamtmenge von Gruppe a vorzugsweise
1,0% oder weniger.
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Gruppe b: insgesamt 0,1
% oder weniger von Nb, Ti und V
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Da
alle der Elemente Nb, Ti und V in Gruppe b zu der Verfeinerung und
Einheitlichkeit der Korngröße beitragen,
können
diese allein oder in Kombination hinzugefügt werden. Wenn die Menge jedoch übermäßig ist,
wird der Verformungswiderstand bei hohen Temperaturen erhöht, die
chemischen Umwandlungseigenschaften und Oberflächenbehandlungseigenschaften
im weitesten Sinne, wie beispielsweise Anstreicheigenschaft verschlechtert,
die Formbarkeit in der Schweißzone
aufgrund der Härtung
der Schweißzone
verschlechtert usw. Deshalb ist die Gesamtmenge an Gruppe b vorzugsweise
0,1 % oder weniger.
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Gruppe c: 0,0030% oder
weniger an B:
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Das
Element B in Gruppe c verbessert die Härtbarkeit des Stahls. B wird
auf geeignete Art und Weise zu dem Stahl hinzugefügt, um die
Festigkeit des Stahls durch Verändern
der Gefügephasen
außer
von Ferrit zu Niedrigtemperatur-Umwandlungsphasen zu erhöhen. Wenn
die Menge jedoch übermäßig ist,
ist es nicht möglich,
den aufgelösten
N zu gewährleisten,
da B als BN ausfällt.
Der B-Anteil muss deshalb auf 0,0030% oder weniger beschränkt werden.
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Gruppe d: insgesamt 0,0010%
bis 0,010% von wenigstens einem von Ca und REM
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Die
Elemente Ca und REM in Gruppe d kontrollieren die Form der Einschlüsse und
wenn insbesondere die Stretch-Bördeleigenschaft
erforderlich ist, werden diese allein oder in Kombination hinzugefügt. In solch einem
Fall ist der Kontrolleffekt ungenügend, wenn die Gesamtmenge
weniger als 0,0010% ist. Wenn die Gesamtmenge andererseits 0,010% überschreitet,
ist das Auftreten von Oberflächendefekten
wahrscheinlich. Deshalb ist die hinzuzufügende Gesamtmenge von Gruppe
d vorzugsweise in dem Bereich von 0,0010% bis 0,010% festgelegt.
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Als
Nächstes
werden das Gefüge
und die mechanischen Eigenschaften der Stahlbleche beschrieben.
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Flächenverhältnis der Ferritphase:
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Die
für Kraftfahrzeuge
benutzten Stahlbleche müssen
zufrieden stellende Verarbeitbarkeit aufweisen. Um die für Stahlbleche
für Kraftfahrzeuge
notwendige Duktilität
zu gewährleisten,
ist das Flächenverhältnis der Ferritphase
vorzugsweise 70% oder mehr.
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Wenn
zufrieden stellende Duktilität
erforderlich ist, dann ist das Flächenverhältnis der Ferritphase auf 70%
oder mehr festgelegt, und wenn eine noch zufrieden stellendere Duktilität erforderlich
ist, dann ist das Flächenverhältnis der
Ferritphase vorzugsweise auf 80% oder mehr festgelegt. Beispiele
des Ferrits enthalten zusätzlich
zu dem so genannten Ferrit (polygonalen Ferrit) auch bainitischen
Ferrit und nadelförmigen
Ferrit, welche keine Carbide enthalten.
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Obwohl
die Phasen, außer
die Ferritphase und die Martensitphase, nicht besonders beschränkt sind, wird
hinsichtlich der Erhöhung
der Festigkeit jede einzelne Phase von Bainit, Martensit und Abschreckaustenit oder
eine gemischte Phase davon bevorzugt.
-
Durchschnittliche Korngröße der Ferritphase:
10 um oder weniger
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird die durchschnittliche Korngröße durch
den Wert bestimmt, welcher beim Vergleich zwischen dem Wert, gemessen
durch Messung gemäß ASTM basierend
auf einer Fotografie des Querschnittsgefüges, und der Nennkorngröße, gemessen
durch ein Höhenverfahren
(siehe beispielsweise "Thermal
Treatment" 24 (1984)
334 von Umemoto, et al.), größer ist.
-
Obwohl
aufgelöster
N in dem Ausgangsblech gewährleistet
ist, werden gemäß den von
den gegenwärtigen
Erfindern durchgeführten
Experimenten und Auswertungen, auch wenn die Menge an aufgelöstem N bei
einem bestimmten Niveau beibehalten wird, bei der vorliegenden Erfindung
Variationen der Reckalterungseigenschaft erhöht, wenn die durchschnittliche
Korngröße der Ferritphase
10 μm überschreitet.
Obwohl die detaillierten Mechanismen für das obige unbekannt sind,
wird angenommen, dass die Absonderung und Ausfällung von Legierungselementen
in den Korngrenzen und Verarbeitung und Wärmebehandlung an diesen die Variationen
beeinflussen. Unabhängig
von den Gründen
muss die durchschnittliche Korngröße der Ferritphase auf 10 μm oder weniger
festgelegt werden, um die Reckalterungseigenschaft zu stabilisieren.
Außerdem
wird die durchschnittliche Korngröße vorzugsweise auf 8 μm oder weniger
festgelegt, um BH und ΔTS
weiterhin zu verbessern und zu stabilisieren.
-
Die
Martensitphase (M-Phase) ist in dem Gefüge der vorliegenden Erfindung
enthalten und das Flächenverhältnis der
M-Phase ist 5% oder mehr. Die in dem Gefüge bei dem Flächenverhältnis von
5% oder mehr enthaltene M-Phase ist bei der vorliegenden Erfindung
wirksam. Dadurch erhält
das Stahlblech eine zufrieden stellende Duktilität trotz der hohen Festigkeit
und ein hohes BH und ΔTS.
Wenn das Flächenverhältnis der
M-Phase weniger als 5% ist, dann wird der Effekt davon nicht ausreichend
erzielt. Aufgrund des Vorhandenseins der Martensitphase bei dem
Flächenverhältnis von
5% oder mehr wird zusätzlich
zu der Verbesserung der Duktilität,
das Fließverhältnis =
YS/TS verringert und der Effekt der verbesserten Formgenauigkeit
ist insbesondere bei Verarbeitung in dem geringen Umformungsbereich
erstaunlich.
-
Hinsichtlich
der Duktilität
und dem geringen Fließverhältnis ist
das Flächenverhältnis der
M-Phase vorzugsweise geringer als 35% und besonders bevorzugt 7%
bis 20%. Bei solch einem Fall kann bei dem Stahlblech gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
zu dem Ferrit und dem Martensit, die Bainitphase, die Perlitphase,
etc. in dem Gefüge
enthalten sein, wenn das Flächenverhältnis davon
mehrere Prozent ist.
-
Hinsichtlich
der Erhöhung
der Festigkeit ist andererseits das Flächenverhältnis der M-Phase vorzugsweise
35% oder mehr, oder das Gesamtflächenverhältnis der
M-Phase und der Bainitphase ist vorzugsweise 35% oder mehr. Bei
solch einem Fall kann das Gefüge
die Perlitphase und die Abschreckaustenitphase bei dem Flächenverhältnis von
mehreren Prozent zusätzlich
zu der Ferrit-, Bainit- und Martensitphase enthalten.
-
Zugfestigkeit (TS): 440
MPa oder mehr
-
Ein
für Konstruktionsbauteile
einer Kraftfahrzeugkarosserie benutztes Stahlblech muss eine TS
von 440 MPa oder mehr haben. Ein für Konstruktionsbauteile verwendetes
Stahlblech, bei dem weiterhin erhöhte Festigkeit verlangt wird,
muss eine TS von 540 MPa oder mehr haben.
-
Reckalterungseigenschaft
-
Bei
der vorliegenden Erfindung bedeutet „mit ausgezeichneter Reckalterungseigenschaft" wie oben beschrieben,
dass die folgenden Eigenschaften vorhanden sind:
- 1)
wenn ein Stahlblech einer Vorverformung mit einer Zugverformung
(tensile strain) von 5% und dann einer Alterungsbehandlung durch
Halten des Stahlblechs für
20 Minuten bei 170°C
unterworfen wird, dann ist die Erhöhung des Umform-Wider stands
(deformation stress) vor und nach der Alterungsbehandlung (nachfolgend
bezeichnet als BH; BH = Fließspannung
nach Alterungsbehandlung – Vorumform-Widerstand bevor Alterungsbehandlung)
100 MPa oder mehr; und
- 2) Erhöhung
der Zugfestigkeit vor und nach Reckalterungsbehandlung (die Vorverformung
+ Alterungsbehandlung) (nachfolgend bezeichnet als ΔTS; ΔTS = Zugfestigkeit
nach Alterungsbehandlung – Zugfestigkeit
bevor Vorverformung) 50 MPa oder mehr.
-
Vorverformung mit einer
Zugverformung von 5%
-
Wenn
die Reckalterungseigenschaft definiert wird, ist eine Vordehnung
(Vorverformung) ein wichtiger Faktor. Die gegenwärtigen Erfinder haben den Einfluss
der Vordehnung (prestrain) auf die Reckalterungseigenschaft unter
Annahme des Verformungszustands, der an den für Kraftfahrzeuge verwendeten
Stahlblechen angewandt wird, untersucht. Als ein Ergebnis hat man
herausgefunden, dass (1) der Umform-Widerstand in dem Verformungszustand
wie oben beschrieben im Wesentlichen in eine einachsige Spannung
(Zugverformung) integriert werden kann, außer für extremes Tiefziehen; (2)
bei einem reellen Bauteil die einachsige Spannung generell 5% überschreitet;
und (3) die Festigkeit des Bauteils (Festigkeit eines reellen Bauteils)
gut mit der Festigkeit erhalten nach der Reckalterungsbehandlung
mit einer Vorverformung von 5% übereinstimmt. Basierend
auf den obigen Erkenntnissen wird die Vorverformung für die Reckalterungsbehandlung
als eine Zugverformung von 5% definiert.
-
Alterungsbehandlungsbedingungen:
-
(Erwärmungstemperatur) 170°C × (Rückhaltezeit)
20 Minuten
-
Bei
konventionellen Paint-Baking-Behandlungsbedingungen wird 170°C × 20 Minuten
als der Standard angenommen. Deshalb werden 170°C × 20 Minuten als die Alterungsbehandlungsbedingungen
definiert. Wenn außerdem
eine Verformung von 5% oder mehr an einem Stahlblech der vorliegenden
Erfindung enthaltend eine große
Menge an aufgelöstem
N angelegt wird, wird durch die Behandlung Härtung bei einer niedrigeren
Temperatur durchgeführt.
Mit anderen Worten, die Alterungsbedingungen können erweitert werden. Generell
gilt, dass zum Erhöhen
der Härtungsmenge
Rückhaltung
bei einer höheren
Temperatur für
eine längere Zeit
vorteilhaft ist, sofern Enthärtung
verhindert wird.
-
Bei
dem Stahlblech der vorliegenden Erfindung ist die untere Grenze
der Erwärmungstemperatur,
bei welcher Härtung
nach Vorverformung erkennbar ist, ungefähr 100°C. Wenn die Erwärmungstemperatur
andererseits 300°C überschreitet,
erreicht die Härtung
den Höchstwert
und wenn die Erwärmungstemperatur
400°C oder
höher ist,
tritt eine Neigung von gewisser Enthärtung auf und auch Wärmeverformung
und Anlassfarbe können
auftreten. Hinsichtlich der Rückhaltezeit
wird die Härtung
zufrieden stellend erzielt, wenn die Rückhaltezeit auf ungefähr 30 Sekunden
bei einer Erwärmungstemperatur
von ungefähr
200°C festgelegt
wird. Um die größere Menge
an Härtung
und eine stabile Härtung
zu erzielen, ist die Rückhaltezeit
vorzugsweise auf 60 Sekunden oder mehr festgelegt. Wenn Rückhaltung
jedoch für
mehr als 20 Minuten durchgeführt
wird, wird kein weiteres Härten
erzielt und die Produktionseffizienz wird verringert, was zu keinem
praktischen Nutzen führt.
-
Aus
den oben beschriebenen Gründen
wird nach Durchführen
der Verarbeitung, wenn das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung
benutzt wird, die Erwärmungstemperatur
vorzugsweise auf 100 bis 300°C festgelegt
und die Rückhaltezeit
auf 30 Sekunden bis 20 Minuten als die Alterungsbehandlungsbedingungen festgelegt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann eine große Härtungsmenge erzielt werden,
sogar unter den Alterungsbedingungen von Niedrigtemperatur-Erwärmung und
Kurzzeit-Rückhaltung,
bei welchen ausreichende Härtung
bei den konventionellen Paint-Baking-Stahlblechtypen nicht erzielt
wurde. Außerdem
ist das Erwärmungsverfahren
nicht besonders beschränkt
und zusätzlich
zu atmosphärischem
Erwärmen
durch Nutzung eines Ofens, welcher für generelles Paint-Baking eingesetzt
wird, können
vorzugsweise Induktionserwärmung,
Erwärmung
durch nicht-oxidierende Flamme, Laserstrahl oder Plasma oder dergleichen
benutzt werden.
-
BH: 100 MPa oder mehr, ΔTS: 50 MPa
oder mehr
-
Kraftfahrzeugbauteile
müssen
eine hohe Festigkeit haben, welche komplexen Belastungsbedingungen
von außerhalb
standhalten. Deshalb ist es für
das Material des Stahlblechs wichtig, eine Festigkeitseigenschaft
sowohl in dem geringen Verformungsbereich als auch eine Festigkeitseigenschaft
in dem großen
Verformungsbereich zu haben. Unter diesem Gesichtspunkt haben die
gegenwärtigen
Erfinder BH auf 100 MPa oder mehr und TS auf 50 MPa oder mehr in
Bezug auf das Stahlblech gemäß der vorliegenden
Erfindung, welches als ein Material für Kraftfahrzeugbauteile verwendet
wird, beschränkt.
Es soll verstanden werden, dass die obigen Beschränkungen
BH und ΔTS unter
den Alterungsbehandlungsbedingungen von 170°C·20 Minuten, nachdem eine
Vorverformung von 5% angelegt worden ist, definieren. BH und ΔTS können auch
durch Festlegen einer höheren
Erwärmungstemperatur
und/oder durch Festlegen einer längeren
Rückhaltezeit
erhöht
werden.
-
Bei
dem Stahlblech der vorliegenden Erfindung kann nur durch Beibehalten
des Stahlblechs bei Raumtemperatur eine Zunahme der Festigkeit entsprechend
wenigstens ungefähr
40% bei vollständiger
Alterung erwartet werden, auch wenn beschleunigte Alterung durch
Erwärmen
(künstliches
Erwärmen)
nicht nach dem Umformen und Verarbeiten durchgeführt wird. Wenn andererseits
in dem Zustand, bei welchem Umformen und Verarbeitung nicht durchgeführt werden,
dann tritt Alterungsverschlechterung, d. h. ein Phänomen, bei
welchem YS sich erhöht
und EI (Dehnung) sich verringert, nicht auf, auch wenn das Stahlblech
bei Raumtemperatur für
eine lange Zeit beibehalten wird, welches eine hervorragende Eigenschaft
ist, die im Stand der Technik nicht beobachtet wurde.
-
Wenn
die Dicke des hergestellten Stahlblechs 4,0 mm überschreitet, gehen die Vorteile
der vorliegenden Erfindung verloren, weil auch die konventionellen
Stahlbleche mit hohem Umform-Widerstand bei hohen Temperaturen auf
einfache Art und Weise warmgewalzt werden können und weil Stahlbleche mit
einer Dicke von mehr als 4,0 mm nicht im großen Maße für Kraftfahrzeuge verwendet
werden. Deshalb hat das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Dicke von vorzugsweise 4,0 mm oder weniger.
-
Ein
plattiertes Stahlblech, erhalten durch Galvanisieren oder Feuerverzinken
des Stahlblechs gemäß der vorliegenden
Erfindung hat auch ein TS, BH und ΔTS, welche im Wesentlichen die
gleichen wie vor dem Plattieren sind. Hinsichtlich der Art des Plattierens
kann irgendeines von galvanischem Verzinken, Feuerverzinken, Feuerverzinken
mit anschließender
Wärmebehandlung,
galvanischer Verzinnung, elektrolytischem Verchromen und elektrolytischem
Nickelplattieren vorzugsweise benutzt werden.
-
Als
Nächstes
wird das Verfahren zum Herstellen des Stahlblechs gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
-
Das
Stahlblech gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Wesentlichen hergestellt durch: ein Warmwalzverfahren,
bei welchem eine Stahlbramme mit der Zusammensetzung innerhalb der
Bereiche der vorliegenden Erfindung erwärmt wird, Grobwalzen der Stahlbramme
zum Formen eines Vorblechs, Endwalzen des Vorblechs und Durchführen von
Aufwickeln nach Abkühlen.
Obwohl die Bramme vorzugsweise durch Strangguss zum Vermeiden von
mikroskopischen Absonderungen der Bestandsteile gegossen wird, kann
die Bramme durch ein Blockgussverfahren oder ein Dünnbramme – Stranggussverfahren
geformt werden. Statt des herkömmlichen
Prozesses, bei welchem die produzierte Bramme auf Raumtemperatur
abgekühlt
und Erwärmen
erneut durchgeführt
wird, kann ein energiesparender Prozess, wie beispielsweise ein
Prozess, bei welchem eine warme Bramme ohne Abkühlen in einen Ofen eingeführt wird,
oder ein Direktwalzverfahren, bei welchem eine produzierte Bramme
direkt nach kurzer Rückhaltung
der Wärme
gewalzt wird, verwendet werden. Um N in dem aufgelösten Zustand
effektiv zu sichern, ist Direktwalzen eines der effektivsten Verfahren.
-
Die
Warmwalzbedingungen werden wie folgt definiert.
-
Grammen-Erwärmungstemperatur:
1000°C oder
mehr
-
Um
die Ausgangsmenge von aufgelöstem
N zu sichern und die Zielsetzung (0,0010% oder mehr) von aufgelöstem N in
dem Produkt zu erreichen, wird die Brammen-Erwärmungstemperatur
(nachfolgend bezeichnet als „SRT") auf 1000°C oder höher festgelegt.
Um eine Erhöhung
des Verlusts aufgrund von Oxidations-Gewichtszunahme zu vermeiden,
ist SRT vorzugsweise 1280°C
oder weniger. Grobwalzen der erwärmten
Bramme kann durch ein bekanntes Verfahren durchgeführt werden.
-
Nachdem
Grobwalzen durchgeführt
worden ist, wird das Vorblech Endwalzen unterworfen. Bei der vorliegenden
Erfindung wird Endwalzen vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, indem
aufeinander folgende Vorbleche zwischen Grobwalzen und Endwalzen
miteinander Verbunden werden. Als die Verbindungsmittel können Schmelzdruckschweißen, Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder
dergleichen genutzt werden.
-
Dadurch
werden die Verhältnisse
der nichtstabilen Abschnitte (vorderen Enden und hinteren Enden der
verarbeiteten Bauteile), bei welchen die Form während des Endwalzens und des
anschließenden
Abkühlens
einfach verstört
werden kann, verringert und die stabile Walzlänge (die kontinuierliche Länge, welche
unter den gleichen Bedingungen gewalzt werden kann) und die stabile
Abkühlungslänge (die
kontinuierliche Länge,
welche unter Spannung abgekühlt
werden kann) werden erweitert, und dadurch werden die Formgenauigkeit
und Dimension und die Ausstoßrate
des Produkts verbessert. Schmierwalzen, welches aufgrund der Stabilität beim kontinuierlichen
Walzen und der Reißeigenschaften
(Biting) bei den konventionellen Einzelwalzen für jedes Vorblech schwierig
war, kann auf einfache Weise durchgeführt werden, um breite Vorbleche
zu verdünnen
und die Walzkraft und die Auflagespannung werden reduziert, was
zu einer Erhöhung
der Lebensdauer der Walze führt.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise wenigstens eine von
Vorblechkanten-Wärmeeinheit zum
Erwärmen
eines Endes in Breitenrichtung des Vorblechs und eine Vorblech-Wärmeeinheit
zum Erwärmen eines
Endes in Längsrichtung
des Vorblechs zwischen den Schritten von Grobwalzen und Endwalzen
benutzt, so dass die Temperaturprofile in Breitenrichtung und in
Längsrichtung
einheitlich werden. Dadurch können
die Variationen der Materialeigenschaften innerhalb des Stahlblechs
weiterhin verringert werden. Eine Vorblechkanten-Wärmeeinheit
oder Vorblech-Wärmeeinheit
von Induktionserwärmungstyp
wird vorzugsweise benutzt.
-
Zuerst
wird die Temperaturvariation in Breitenrichtung durch die Vorblechkanten-Wärmeeinheit ausgeglichen. Bei
diesem Zustand wird die Erwärmung
vorzugsweise derart durchgeführt,
so dass der Temperaturbereich in Breitenrichtung bei der abschließenden Seite
beim Endwalzen innerhalb ungefähr
20°C ist,
obwohl es von der Stahlzusammensetzung, etc. abhängt. Als Nächstes wird die Temperaturvariation
in Längsrichtung durch
die Vorblech-Wärmeeinheit
ausgeglichen. Bei diesem Zustand wird die Erwärmung vorzugsweise derart eingestellt,
so dass die Temperatur bei dem länglichen
Ende ungefähr
20° höher als
die Temperatur in dem mittleren Bereich ist.
-
Abschließende Temperatur
beim Endwalzen: 800°C
oder mehr
-
Beim
Endwalzen wird die abschließende
Temperatur beim Endwalzen (nachfolgend bezeichnet als „FDT") auf 800°C oder höher festgelegt,
um das Gefüge
des Stahlblechs einheitlich und fein einzustellen. Wenn die FDT
weniger als 800°C
ist, dann ist die abschließende
Temperatur zu niedrig, und das Gefüge wird uneinheitlich und Verformungsstrukturen
verbleiben teilweise, was zu unterschiedlichen Problemen während des
Pressformens führen
kann. Obwohl das Verbleiben von solchen Verformungsstrukturen durch
Hochtemperaturaufwickeln vermieden werden kann, wenn Hochtemperaturaufwickeln
durchgeführt
wird, werden grobe Körner
erzeugt und die Festigkeit verringert und auch die Menge an aufgelöstem N wird
sehr verringert. Deshalb wird es schwierig, eine Ziel-TS von 440
MPa zu erhalten. Außerdem
ist die FDT vorzugsweise auf 820°C oder
höher festgelegt,
um die mechanischen Eigenschaften weiterhin zu verbessern.
-
Beim
Endwalzen ist es zum Vereinheitlichen der Form und der Materialeigenschaften
effektiv, Schmierwalzen zum Reduzieren der Belastung während des
Warmwalzens durchzuführen.
Bei solch einem Fall ist der Reibungskoeffizient vorzugsweise in
dem Bereich von 0,25 bis 0,10 und es ist erwünscht, dass im Hinblick auf
die Verarbeitungsstabilität
beim Warmwalzen das Schmierwalzen in Kombination mit dem kontinuierlichen
Walzen durchgeführt
wird.
-
Abkühlen nach
dem Walzen: Wasserabkühlung
bei einer Abkühlungsrate
von 20°C/s
oder mehr, initiiert innerhalb 0,5 Sekunden nach dem Walzen.
-
Nachdem
das Walzen abgeschlossen ist, wird das Abkühlen unverzüglich (innerhalb ungefähr 0,5 Sekunden)
initiiert und die Abkühlung
muss schnell bei einer durchschnittlichen Abkühlungsrate von 20°C/s oder mehr
durchgeführt
werden. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, dann wird die Verfeinerung
der Korngröße nicht
erzielt, da die Körner übermäßig wachsen
und auch die Menge an aufgelöstem
N wird ungenügend,
da AlN ausgiebig aufgrund der Verformungsenergie, introduziert durch
Walzen, ausgefällt
wird. Um außerdem
einheitliche Materialeigenschaften und Form zu gewährleisten,
wird die durchschnittliche Abkühlungsrate
vorzugsweise auf 300°C/s
oder weniger festgelegt.
-
Hinsichtlich
des Abkühlungsmusters,
wenn die M-Phase in dem Gefüge
bei einem Flächenverhältnis von
5% oder mehr enthalten ist, kann bei der vorliegenden Erfindung
Abkühlung
kontinuierlich, wie es auch normalerweise der Fall ist, durchgeführt werden,
oder um die y zu a Umwandlung während
der Abkühlung
zu kontrollieren und die Phasentrennung in dem Gefüge vorteilhaft
zu erzielen, ist es auch effektiv, langsames Abkühlen (Unterbrechung von schnellem
Abkühlen)
für ungefähr 1 bis
5 Sekunden bei einer Rate von 10°C/s oder
weniger in dem Temperaturbereich von 700 bis 800°C durchzuführen. Nach dem langsamen Abkühlen muss
jedoch schnelles Abkühlen
wieder bei einer Rate von 20°C/s
oder mehr durchgeführt
werden.
-
Aufwickeltemperatur: 450°C oder weniger
-
Während sich
die Aufwickeltemperatur (nachfolgend bezeichnet als „CT") verringert, erhöht sich
die Festigkeit des Stahlblechs, und um die Ziel-TS von 440 MPa oder
mehr zu erzielen, ist CT auf 450°C
oder weniger festgelegt.
-
Da
die M-Phase in dem Gefüge
bei einem Flächenverhältnis von
5% oder mehr enthalten ist, ist die Aufwickeltemperatur bei der
vorliegenden Erfindung vorzugsweise auf 450°C oder weniger festgelegt. Die
Festigkeit des Stahlblechs erhöht
sich während
sich die Aufwickeltemperatur verringert. Bei einer CT von 450°C oder weniger,
wird das Gefüge
verfeinert und das Flächenverhältnis der
M-Phase erreicht 5% oder mehr und dadurch wird die Ziel-TS von 440
MPa oder mehr erzielt. Deshalb wird die CT auf 450°C oder weniger
festgelegt. Um die M-Phase stabil zu erhalten, ist 40°C/s oder
mehr bevorzugt. Wenn die CT weniger als 100°C ist, wird die Form des Stahlblechs
auf einfache Weise zerstört
und die Gefahr der Verursachung von Problemen bei praktischer Nutzung
erhöht
sich. Deshalb ist die CT vorzugsweise 100°C oder höher. Hinsichtlich der Materialeinheitlichkeit
ist CT vorzugsweise 150°C
oder höher.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise Verarbeitung (Verarbeitung
nach Warmwalzen) durch wenigstens Kaltnachwalzen und Ausgleichen
mit einer Dehnung von 1,5% bis 10%, nachdem Aufwickeln durchgeführt worden
ist, durchgeführt.
Zusätzlich
ist die Dehnung des Kaltnachwalzens so hoch wie die Reduktionsrate
des Kaltnachwalzens.
-
Kaltnachwalzen
und Ausgleichen werden normalerweise zum Bearbeiten der Rauheit
und zum Korrigieren der Form durchgeführt. Bei der vorliegenden Erfindung
kann zusätzlich
dazu Kaltnachwalzen und Ausgleichen effektiv zur Erhöhung und
Stabilisierung von BH und ΔTS
eingesetzt werden. Solch ein Effekt wird bei einer Dehnung von 1,5%
oder höher
erstaunlich verursacht. Wenn jedoch die Dehnung 10% überschreitet,
verringert sich die Duktilität.
Deshalb wird Verarbeitung nach dem Warmwalzen vorzugsweise mit einer
Dehnung von 1,5 bis 10% durchgeführt.
Obwohl der Verarbeitungsvorgang zwischen Kaltnachwalzen und Ausgleichen (das
Vorherige ist Walzen und das Letztere ist wiederholtes Biegen und
Ziehen) unterschiedlich ist, ist die Wirkung der Dehnung auf die
Reckalterungseigenschaft des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung
bei beiden Verarbeitungen im Wesentlichen die gleiche. Bei der vorliegenden
Erfindung kann Säurebeizen
vor oder nach der Verarbeitung nach dem Warmwalzen durchgeführt werden.
-
Beispiele
-
Um
das Mikrogefüge
hinsichtlich des C-Querschnitts (der Querschnitt senkrecht zu der
Walzrichtung) ausschließlich
der Abschnitte 10% von der Oberfläche in Dickenrichtung zu begutachten,
wurde die vergrößerte Abbildung
des Gefüges,
welches aufgrund der Korrosion auftritt, analysiert.
-
Die
Reckalterungsbehandlung wurde mit einer Vorverformung von 5% unter
den Alterungsbehandlungsbedingungen: 170°C·20 Minuten durchgeführt.
-
Die
Dauerfestigkeit wurde durch die Dauerfestigkeitswerte, erhalten
durch Dauerzugversuch gemäß JIS Z
2273 ausgewertet.
-
Die
Schlagbiegefestigkeit wurde durch die absorbierte Energie ausgewertet,
die durch Integrieren von Spannung in den Verformungsbereich von
0 bis 30% in Bezug auf die Spannungs-Verformungskurve gemessen,
bei einer Umformgeschwindigkeit von 2000/s gemäß eines Hochgeschwindigkeits-Zugversuchsverfahrens,
beschrieben in "Journal
of the Society of Materials Science Japan. 47,10(1998)1058", entdeckt wurde.
-
Jedes
der Stähle
mit den Zusammensetzungen, wie in Tabellen 1 und 2 angegeben, wurden
in einem Konverter geschmolzen und eine Bramme wurde durch Stranggießen geformt.
Die Bramme wurde unter den in Tabellen 3 und 4 gezeigten Bedingungen
warmgewalzt, um ein warmgewalztes Stahlblech zu erzeugen. Hinsichtlich
des resultierenden warmgewalzten Stahlblechs wurde der aufgelöste N, das
Mikrogefüge,
die Festigkeitseigenschaften, die Reckalterungseigenschaft und die
Verbesserung der Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit aufgrund
der Reckalterungsbehandlung ausgewertet.
-
Die
Menge an aufgelöstem
N wurde durch das oben beschriebene Verfahren gemessen.
-
Um
das Mikrogefüge
zu beobachten, wurde in Bezug auf den C-Querschnitt (der Querschnitt
senkrecht zu der Walzrichtung) im Mittelpunkt in Richtung der Dicke
die vergrößerte Abbildung
des Gefüges,
welches aufgrund der Korrosion sichtlich geworden ist, analysiert.
-
Der
Zugversuch zum Bewerten der Festigkeitseigenschaften und der Reckalterungseigenschaften wurde
gemäß JIS Z
2241 unter Benutzung von JIS Nr. 5-Probestücken durchgeführt.
-
Die
Reckalterungsbehandlung wurde mit einer Vorverformung von 5% unter
den Alterungsbehandlungsbedingungen: 170°C × 20 Minuten durchgeführt.
-
Die
Dauerfestigkeit und die Schlagbiegefestigkeit wurde, wie oben beschrieben,
ausgewertet.
-
Die
Ergebnisse davon sind in Tabellen 5 und 6 angegeben. Bei den Beispielen
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden signifikant höhere
BH und ΔTS
im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen beobachtet und die Verbesserungen
der Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit aufgrund der Reckalterungsbehandlung
wurde im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen erhöht.
-
Außerdem waren
die Eigenschaften der plattierten Stahlbleche, erhalten durch Feuerverzinken
der Stähle
Nr. C und D im Wesentlichen die gleichen wie die der Stahlbleche
vor dem Plattieren. Um die Plattierungsbehandlung durchzuführen, wurde
das Stahlblech in ein galvanisches Bad eingetaucht und nachdem das eingetauchte
Stahlblech herausgenommen wurde, wurde das Flächengewicht (areal weight)
durch Gaswischen eingestellt. Die Plattierungsbehandlung wurde unter
den Bedingungen der Blechtemperatur: 475°C, Plattierungsbad: 0,13% Al-Zn,
Badtemperatur: 475°C,
Eintauchzeit: 3 Sekunden und Flächengewicht
45 g/m2 durchgeführt.
-
Hinsichtlich
Stahlblech Nr. A (Stahl gemäß der vorliegenden
Erfindung) und Stahlblech Nr. O (Vergleichsstahl), wie in Tabellen
5 und 6 gezeigt, wurden BH und ΔTS
mit einer Vorverformung von 5% und den Alterungsbehandlungen, wie
in Tabelle 7 gezeigt, ausgewertet. Tabelle 7 zeigt auch die Ergebnisse
davon.
-
Wie
aus Tabelle 7 ersichtlich, weist Stahlblech Nr. A gemäß der vorliegenden
Erfindung sogar unter der Kurzzeit-Alterungsbehandlung von 100°C × 30 Sekunden
bei relativ niedriger Temperatur höhere BH und ΔTS-Werte
auf.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
-
In
Bezug auf das hochfeste warmgewalzte Stahlblech gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde aufgrund der geeigneten Nutzung von aufgelöstem N die
Festigkeit des Ausgangsblechs mit einer TS von 440 MPa oder mehr
erzielt und überlegene
Reckalterungseigenschaft mit einem BH von 100 MPa oder mehr und einem ΔTS von 50
MPa oder mehr, nachdem die Reckalterungsbehandlung durchgeführt worden
ist, erzielt. Die gleichen Eigenschaften werden auch, nachdem Plattieren
durchgeführt
worden ist, erzielt und außerdem ist
es möglich,
Warmwalzen ohne Beeinflussung der Form günstig durchzuführen. Die
Dicke des Stahlblechs, welches für
Kraftfahrzeugbauteile verwendet wird, kann verringert werden, beispielsweise
von ungefähr
2,0 mm auf ungefähr
1,6 mm, was sehr zur Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeugkarosserie
beiträgt. Tabelle
1
Tabelle
2
Tabelle
3
-
- SRT: Grammen-Erwärmungstemperatur
- FDT: Abschließende
Temperatur beim End-Walzen
- CT: Aufwickeltemperatur
- Δt:
Verzögerte
Abkühlzeit
- V: Durchschnittliche Abkühlungsrate
- HCR: Warme-Bramme (900°C
oder höher)
wurde in einen Ofen eingeführt.
- JCR: Vorblech verbinden und kontinuierliches Walzen
- LV: Ausgleichen nach Aufwickeln (Dehnung 1,5%)
- SK: Kaltnachwalzen nach Aufwickeln (Höhenabnahme 2,0%)
-
-
- SRT: Brammen-Erwärmungstemperatur
- FDT: Abschließende
Temperatur beim End-Walzen
- CT: Aufwickeltemperatur
- Δt:
Verzögerte
Abkühlzeit
- V: Durchschnittliche Abkühlungsrate
- HCR: Warme-Bramme (900°C
oder höher)
wurde in einen Ofen eingeführt.
- JCR: Vorblech verbinden und kontinuierliches Walzen
- LV: Ausgleichen nach Aufwickeln (Dehnung 1,5%)
- SK: Kaltnachwalzen nach Aufwickeln (Höhenabnahme 2,0%)
-
-
-
Tabelle 3
